摘要：高铁酸钾可有效地去除水中微生物、无机以及有机污染物，污染物去除效果与高铁酸钾投加量、反应pH、反应时间等因素有关。由于高铁酸钾具有氧化选择性及不稳定等缺点，有必要发展高铁酸钾联用技术，本文分析了高铁酸钾在水处理中的应用及高铁酸钾联用技术在水处理中的应用。
关键词：高铁酸钾；水处理；联用技术；还原产物
近年来，高铁酸钾以其具有强氧化性而在水处理领域得到广泛的关注。在水溶液中，高铁酸钾以高铁酸根FeO42-(Fe(VI))形式存在，具有极强的氧化性，在酸性和碱性条件下的氧化还原电位分别为+2.20V和+0.72V。高铁酸钾在酸性条件下的氧化能力很高，与水处理领域现有消毒剂相比氧化能力最强，它能快速杀灭水中的细菌和病毒，且不会生成三氯甲烷、氯酚等有害人体健康的消毒副产物，自身的还原产物Fe3+或Fe(OH)3为传统的无机絮凝剂。因此高铁酸钾是一种集氧化、吸附、絮凝、助凝、杀菌、除臭为一体的新型高效多功能水处理剂，消毒后的水无嗅、无味、口感好，有望成为新一代绿色的饮用水处理剂。鉴于高铁酸钾在水处理中的优越性，关于它与其它技术联用的研究也得到了显著的进展，研究表明，高铁酸钾与铝盐、臭氧、光催化等的联用技术均能得到良好的处理效果。特别是高铁酸钾－光催化具有明显的协同作用，可以有效提高光催化效率及污染物去除率。
1高铁酸钾在水处理中的应用
1.1微生物的去除
1.1.1杀菌
高铁酸钾对各种细菌病毒（如大肠杆菌、f2病毒等）均有良好的杀菌作用。高铁酸钾具有强氧化性，加入水体后可破坏细菌的某些结构（如细胞壁、细胞膜）及细胞结构中的一些物质（如酶等），抑制和阻碍蛋白质及核酸的合成，使菌体的生长和繁殖受阻，起到杀死菌体的作用。少量的高铁酸钾即可达到良好的杀菌效果，研究表明，质量浓度为10～40mg•L-1的高铁酸钾在反应5min后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌的杀灭率即可达100%，对真菌的杀灭率也高于99.5%。
高铁酸钾在低浓度下就能快速杀死f2病毒，并且溶液pH对高铁杀菌效果有很大影响，pH为6.9条件下，1mg•L-1的高铁酸钾5.7min可杀灭99%的f2病毒，而pH为5.9条件下仅需要0.77min，f2病毒去除率即可达到99%。当pH为7.8条件下，高铁酸钾投量达10mg•L-1，反应30min后才可杀灭99.9%的病毒。
高铁酸钾与其它消毒剂相比，用量少杀菌效率高。有研究对比了高铁酸钾与硫酸铁（FS）联用Cl2这2种消毒方法对大肠杆菌的杀灭效果。反应30min后，投量为4mg•L-1（以Fe的质量计量）的FS与投量10mg•L-1的Cl2或者投量为8mg•L-1（以Fe的质量计量）的FS与8mg•L-1的Cl2可将大肠杆菌彻底杀灭，而高铁酸钾投量仅需6mg•L-1（以Fe的质量计量）就可以使杀菌率达100%。
1.1.2除藻
水体富营养化问题的日趋严重，导致藻类疯长，藻类可以使水产生嗅味、堵塞滤池、
甚至穿透滤层恶化水质，并且藻类也是一种消毒副产物的前体物，因此藻类的控制与去除具有重要的意义。高铁酸钾可以有效去除藻类，以某河水为例，源水pH=7.6，当投加1.4mg•L-1高铁酸钾后，藻类总数由3×107个•L-1下降到4.1×105个•L-1。高铁酸钾除藻机理主要是
通过其氧化絮凝作用去除水中藻类物质，高铁酸钾的强氧化性直接导致了藻类细胞的断裂，破坏了藻类细胞外部鞘套，造成细胞内物质向周围介质的释放，影响了藻类的正常段殖体繁殖方式，从而达到杀灭藻类的作用。并且高铁酸钾在水中分解生成氢氧化铁，吸附于藻类细胞表面，可以降低细胞表面电荷，增加藻类细胞沉淀性。氢氧化铁吸附与外流胞内物质絮凝的双重作用下，使得部分藻类细胞在混凝之前就能发生凝聚，得到进一步去除。高铁酸钾除藻一般与絮凝剂联用，可以大幅提高除藻效率。
1.2无机物的去除
高铁酸钾利用其强氧化性可以将水中NH3-N、NO3-、H2S、CN-某等无机非金属化合物氧化生成SO42、NO3-、CO2等无害物质，同时达到脱味除臭的效果。高铁酸钾的氧化和絮凝作用可对浑浊水中NH3-N有效地去除，当高铁酸钾与NH3-N的量比大于0.25时，高铁酸钾对NH3-N去除率达到40%以上。在不同的高铁酸钾与NH3-N量比条件下，延长反应时间，均不同程度地增加了NH3-N的去除率。这是由于延长反应时间，高铁氧化作用时间增加，NH3-N去除率随着高铁的继续氧化分解而逐步提高。同时延长反应时间有利于高铁氧化絮凝作用的充分发挥，使絮体能够完全形成，并进一步去除部分氨氮。H2S一般可以用O2、H2O2、ClO-、Cl2和KMnO4氧化去除，但是与上述氧化剂相比，高铁酸钾可以更快速有效地氧化去除H2S。使用O2氧化H2S反应慢且只适用于有压条件，ClO-、Cl2KMnO4能在5min内完成H2S的氧化，而高铁酸钾在1s内即可完全氧化H2S。利用高铁酸钾去除氰化锌复合物（K2Zn(CN)4），结果证明高铁酸钾可以将CN-完全转化为毒性较低的OCN-。除此之外，高铁酸钾还可以处理高砷饮用水，只要高铁酸钾与原水砷的质量比达到15：1以上，处理后的水样中砷残留量都可以达到国家饮用水卫生标准（<0.05mg•L-1）的要求，且该方法简便、产生污泥量少，并由于高铁酸钾还原产物可用于后续絮凝除砷而无二次污染。
高铁酸钾对水体中的金属离子如Mn2+、Cu2+、Pb2+、Cr3+、Cd2+、Hg2+也有很强的去除能力，仅少量的高铁酸钾（10～100mg•L-1）就可以将这些金属离子降低至较低浓度水平。主要原因是高铁酸钾水解产生的中间态高电荷水解产物及最终还原产物Fe(OH)3胶体具有良好的絮凝吸附作用。
1.3有机物的去除
已有研究证明高铁酸钾对某些有机物具有良好的去除能力，如酚类、醇类、苯酚、有机酸、有机氮、氨基酸、脂类含硫化合物、苯及其相关化合物及某些难分解化合物等，还包括新兴污染物如内分泌干扰物（EDCs）、藻毒素（MC）、个人护理品（PPCPs）等。
高铁酸钾去除有机物效能也受到反应pH条件的影响，原因是高铁酸钾溶液的稳定性及氧化性均取决于溶液的pH。研究表明：当pH为9～11时，高铁酸钾非常稳定，并且在pH=9.2、9.4时，其降解速率常数达到最小值；当pH为8～9时，其稳定性略有所下降；而当pH<7.5时，稳定性明显下降；其溶液在微酸性（pH为4～5）条件下很快分解，放出氧气，并分析出具有高度吸附活性的絮状物Fe(OH)3。这是由于在酸性溶液中，Fe(VI)具有较高的氧化电位（+2.20V），能迅速发生氧化还原反应，在水中Fe(VI)还原成Fe(III)。对高铁酸钾Fe(VI)氧化含氮和含硫污染物的反应进行了反应速率、反应计量关系和反应产物的实验研究。研究结果表明，随着pH的降低，反应速率增加，pH对反应的影响主要与Fe(VI)质子化有关，因为质子化的Fe(VI)是更强的氧化剂，所以pH较低条件下反应速率快。Fe(VI)质子化形式共有3种，H3FeO4+、H2FeO4和HFeO4-，它们在水溶液中的含量与pH密切相关。
2高铁酸钾联用技术在水处理中的应用
虽然高铁酸钾在去除水中有毒有害、难降解污染物方面有着比较明显的优势，但是高铁酸钾用作消毒剂还存在一些缺点：Fe(VI)具有很强的选择性，对不同化合物的氧化速率和效率不同。对于某些难降解有机物，单独高铁酸钾氧化去除率不高。在pH较低情况下，高铁酸钾自身降解速率快，氧化作用时间短，对有机物去除不完全。因此，为了弥补这些不足，有必要发展高铁酸钾联用技术，达到相互协同，促进并提高有机物的去除效果。
高铁酸钾－铝盐联用主要起到强化混凝的作用。利用高铁酸钾对多种地表水进行预氧化后加入混凝剂硫酸铝混凝沉淀，发现高铁酸钾预氧化可以强化混凝效果，该过程形成的絮体大小比单独铝盐混凝形成的絮体大，进而提高絮体沉淀性能。对于高有机污染地表水，强化混凝效果更佳。同时，对于低温低浊水，高铁预氧化也可以有效地降低其浊度。用高铁酸钾进行预氧化，也可有效提高藻类的去除率。单独投加聚合氯化铝（PAC）时，去除藻类效果不理想。当投加少量高铁酸钾进行预氧化后，再经PAC混凝，对藻类去除率可达97.85%，比单独PAC混凝除藻去除率提高10%～20%，水中藻类总量下降2个数量级。该过程中高铁酸钾发挥其氧化杀藻能力，在一定程度上抑制藻类的萌发和生长的同时，也由于生成Fe(OH)3等絮凝剂增加了藻类的去除。近年来，马军等[13,30]研究发明高铁酸钾复合药剂，该高铁酸钾复合药剂是将少量高铁酸钾等药剂与铝盐通过一定方式复合而成的，可显著提高对低温低浊水的处理效果，具有良好的降低沉后与滤后水浊度与色度、杀菌、除藻等作用，同时一定程度上提高了高铁酸钾的稳定性。一直以来，高铁酸钾由于其难制备与不稳定的缺陷，未能在水处理中得到广泛的应用。高铁酸钾复合药剂提高了高铁酸钾稳定性，并能够批量生产，可在不改变现有工艺流程、不增加大的附属设施的条件下改善处理效果，具有广阔的研究开发前景。
3结论
高铁酸钾具有强氧化性，可以有效地去除微生物、无机以及有机污染物，在氧化污染物的同时还原生成优良的无机絮凝剂，集氧化与絮凝作用于一体，更好地去除污染物。高铁酸钾氧化污染物效果与高铁酸钾投加量、pH等影响因素有关。
高铁酸钾对氧化污染物具有很强选择性，对不同化合物的氧化速率和效率不同。对于某些难降解有机物，单独高铁酸钾氧化去除率不高，并且高铁酸钾自身在pH较低条件下容易分解，影响氧化效率。因此有必要发展高铁酸钾联用技术，取得更好的处理效果。现有的高铁酸钾联用技术主要有高铁酸钾－铝盐、高铁酸钾－臭氧以及高铁酸钾－光催化联用等，高铁酸钾联用技术也是近年来有关高铁酸钾研究的热点与应用方向。
